世界地震工程

2022年日本福岛7.4级地震震害分析与对比

2023年02月15 00:00

2022年3月16日在日本福岛县东部海域发生7.4级地震,本文基于近实时震害评估系统RED-ACT对此次地震进行了快速评估,包括强震动记录分析、区域地震破坏力震害评估结果和典型桥梁破坏,并结合实际震害对比了该系统评估结果以及其他主要震害快速评估系统的分析结果,结果表明:(1)此次地震造成的地面运动强度较大,多数台站记录PGA较2021年福岛7.3级地震更强,反应谱在0.5～1.3s区间呈现远高于2021年福岛地震的趋势。(2)RED-ACT的震害评估结果相较于日本NIED-CRS系统和美国USGS-PAGER系统与实际震害更为接近,在强震动记录较为密集的地区,开展基于强震动时程和建筑非线性分析的震害评估能够得到更为准确的震害评估结果。(3)此次地震对白石市附近桥梁造成了一定的破坏,桥梁破坏附近处的强震动会对典型桥梁结构造成一定程度的破坏。

2022年日本福岛7.4级地震东北新干线震害分析

2023年02月15 00:00

2022年3月16日日本福岛县发生了M7.4级地震,不仅造成了大量铁路基础设施破坏,而且导致了一辆行驶中的新干线列车脱轨。本文介绍了东北新干线在此次地震中的震害特点和应急功能恢复情况,总结了此次地震震害的典型特征及启示。通过与2021年福岛地震和2011年东日本大地震的震害情况进行比较,从强震特点、列车脱轨、土木结构损伤和电气设施损伤等几方面对该铁路系统在此次地震中的震害特点进行了分析,从抗震韧性角度讨论了此次地震应急恢复时间,总结了日本铁路设施抗震的经验和对我国铁路设施抗震的启示。分析表明:随着地震强度的增大,可能伴有轨道变形、墩柱开裂和横系梁开裂等震害现象,甚至出现列车脱轨。从震害现象的比较中,可以看出东日本大地震以来的维修加固措施是具有一定成效,但列车防脱轨系统的有效性还需进一步检验,设计还需进一步完善。

2022年青海门源6.9级地震发震构造及甘肃灾区震害特征研究

2023年02月15 00:00

通过对2022年1月8日青海门源6.9级地震的震源机制、发震构造、房屋和重大生命线工程震害、地震地表破裂带等震害调查资料的综合分析,系统介绍了此次地震震源机制、发震构造、地震烈度分布特点、房屋破坏特征及机理、生命线工程破坏特征及地表破裂带特征。研究结果表明:门源6.9级地震震中位置位于冷龙岭断裂带的西段,性质以左旋走滑为主,其与震源机制解得到的结果相一致,均为走滑型破裂类型地震最大烈度Ⅸ度,烈度Ⅵ度(含)以上面积约23 417 km²,等震线长轴呈NWW走向,长轴200 km,短轴153 km 整体上房屋破坏较轻,甘肃境内主要属Ⅶ和Ⅵ度区影响范围,极少部分为Ⅷ度区影响范围此次地震中滑坡灾害和生命线工程震害较少,主要在Ⅸ和Ⅷ度区造成部分路面裂缝,最为严重的则为兰新高铁浩门至军马场区间祁连山一号隧道群线路桥梁严重受损,隧道震害主要集中在断层影响范围内,其中隧道受破坏严重段约350m,占隧道全长的5.33%,受破坏较严重段分别位于严重段大里程侧402m和小里程侧646m范围内,占隧道全长的15.96%,其余段落震害总体轻微地震造成地表破裂带约22 km,地震造成的地表与冰面张裂隙和挤压鼓包随处可见。

地震断层形态研究综述

2023年02月15 00:00

随着我国工程建设事业的不断发展,一大批土木工程基础设施正不断向地下深部、深海和中西部地区延伸转移,如地铁工程、跨海跨湾工程铁路和铁路工程(如川藏铁路)等都具有里程长、规模大的显著特点,在我国特殊的地震地质构造背景下,会不可避免地遇到地表或地下深部地震断层的作用。断层的作用方式与断层破裂的形态关系密切,研究不同场地的地表断层形态对工程结构抗断层错断设计有重要意义。本文归纳了不同场地条件下地震地表断层的形态和断层的空间展布特征,总结了地震断层形态的研究现状,分析了影响地震断层形态的因素,探讨了当前研究工作的不足与今后的研究方向,以期能为相关研究工作提供参考。

“韧性”的词义解析及其应用

2023年02月15 00:00

英文“Resilience”和汉语“韧性”这两个词汇被广泛应用在不同的学科领域。在中国的生态学和工程学领域“Resilience”一词常被翻译成“恢复力、弹性、韧性和韧弹性”等,正确的理解和解析英文“Resilience”和汉语“韧性”十分必要。本文主要依据现有英文和汉语辞典、辞书以及相关的中外科技文献,对英文“Resilience”和汉语“韧性”这两个词汇的含义进行全面的词义辨析和清理,认为英文“Resilience”翻译成汉语“韧性”比较合适,符合汉语的词义和语言环境,韧性在一定程度上涵盖了恢复、弹回和弹性的含义; 在此基础上,总结和厘定了韧性的起源、定义和内涵; 比较全面的梳理和评述了“Resilience”和“韧性”这两个词在不同学科领域的发展和演化。这一研究工作对正确的使用英文“Resilience”和汉语“韧性”有重要意义,对从事韧性城市研究、城市规划、城市抗震韧性研究和建筑抗震韧性研究的科技人员有一定的参考价值。

基于神经网络的结构震后快速损伤评估

2023年02月15 00:00

为了利用结构地震响应观测数据在震后对结构进行损伤快速评估,本文提出了基于BP传播神经网络多参数预测震后结构损伤程度的方法。本文设计了9个不同设防烈度和层数的钢筋混凝土框架结构,利用OpenSees有限元软件进行了非线性时程分析,并用损伤指数量化了结构损伤程度。利用有限元模拟结果,创建了神经网络的数据集,训练神经网络建立了结构参数与结构损伤指数之间的映射,对比了不同参数组合预测结构损伤水平的能力,提出了最优参数组合。结果表明:此方法预测结构损伤指数准确度高,耗时短,可为建筑工程震后损伤快速评估提供支撑。

既有钢筋混凝土框架结构的多指标云模型地震损伤评估

何浩祥,赵鑫丽,程时涛 — 2023年02月15 00:00

目前的既有钢混结构地震损伤研究没有同时考虑不同抗震设计规范差异和耐久性两个因素对结构抗震性能的影响,且损伤指标较简单,在动力损伤分析中也存在局限。基于云模型的特点,提出了包括弹塑性耗能差率、刚度损伤指数、层间位移角和顶点位移角的多元结构损伤状态综合评估方法,能够同时考虑结构各损伤指数的随机性和模糊性。考虑不同版本抗震设计规范造成的结构性能差异和耐久性下降对结构性能的影响,设计3个典型五层钢混框架结构,进行增量动力分析,验证损伤评估方法的准确性。结果表明:随着抗震规范版本的更新,结构的损伤程度有适当减轻; 同一结构的损伤程度因混凝土碳化作用先减轻后加重; 采用弹塑性耗能差率表征既有结构的地震损伤效果优于刚度损伤指数; 基于多指标云模型损伤评估方法获得的云模型综合隶属度和综合损伤值能够更加细化和精确地描述结构损伤状态。

宜宾双河文庙震损模拟及抗震分析

2023年02月15 00:00

2019年6月17日宜宾双河发生M6.0级地震,造成了距离震中仅5km的双河文庙建筑东北侧上檐翼角损坏和西侧局部斜撑脱落等局部损坏。双河文庙是典型的木结构文保历史建筑,开展相关震害和抗震分析具有重要意义。以近期在周边建立的场地-建筑强震反应融合监测台站获取的强震记录作为类比输入,进行结构地震反应仿真分析,结果表明:该木结构的整体刚度偏小,易发生扭转破坏,在7度中震和大震作用时,结构扭转效效极易引发挑檐处榫卯节点破坏,与实际震害情况吻合,该类结构宜适度补强纵向抗侧刚度,增强整体抗扭能力。

基于性能的联肢钢板剪力墙抗震设计与评估研究

2023年02月15 00:00

联肢钢板剪力墙能通过连梁耗能实现多重抗侧体系,其优良的抗震性能被越来越多的学者研究论证。本文基于能量平衡原理和Chao和Goel提出的弹塑性层剪力分布模式,预设目标侧移及屈服机制等性能参数,归纳出完整的联肢钢板剪力墙结构塑性设计流程,并采用该方法基于8度(0.3g)抗震设防条件下设计了12个联肢钢板剪力墙结构算例。利用有限元分析软件ABAQUS对结构进行了Push-over分析,研究了刚度退化、构件屈服顺序和结构整体变形等方面的结果。结果表明:设计算例能够实现多重抗震机制,并满足预期性能目标。

不同网格间距的小剪跨比网格剪力墙抗震性能研究

张微敬,初晓 — 2023年02月15 00:00

为研究网格间距对网格剪力墙抗震性能的影响,对两个竖肢中心距不同的小剪跨比网格剪力墙进行了拟静力试验及有限元分析。结果表明:横肢中心距相同、竖肢中心距分别为200 mm及300 mm的网格剪力墙破坏模式不同,竖肢中心距为200 mm的网格剪力墙下部和墙底角部混凝土破坏,破坏模式为剪压破坏; 竖肢中心距为300 mm的网格剪力墙沿对角线主斜裂缝错动并产生滑移,破坏模式为剪拉破坏。两个试件的极限位移角均在1/100左右,竖肢中心距为300 mm的网格剪力墙刚度和承载力略大。有限元模拟结果与试验吻合良好,验证了模拟方法的有效性。提出了适用于不同间距网格墙的等效厚度计算方法,网格剪力墙可等效为实体剪力墙计算刚度和承载力。

SMA负刚度双曲面减震装置的优化及抗震性能研究

2023年02月15 00:00

SMA负刚度双曲面隔震装置的试验结果表明:绕支座布置的SMA索在支座转弯处不能自由滑动,导致SMA索的受力与设计目标严重不符。为解决上述问题,拟提出一种优化升级的SMA负刚度双曲面减震装置。基于某一连续梁桥,比较研究了正刚度、零刚度与该负刚度装置的抗震性能。结果表明:该优化装置具有良好的耗能能力、自恢复性能以及强震下的限位能力。与正刚度装置及零刚度装置相比,该装置具有更好的抗震性能。

基于快速非支配排序遗传算法的阻尼器多目标优化布置

2023年02月15 00:00

将快速非支配排序遗传算法(NSGA-II)和并行遗传算法相结合,提出内嵌NSGA-II的粗粒度-主从式并行遗传算法。该算法将种群分为多个子种群,每个子种群可独立并行执行NSGA-II操作; 达到迁移周期时,子种群之间执行迁移操作; 完成迁移后,子种群再次独立并行执行NSGA-II操作。以最大层间位移角和最大楼层加速度为目标函数,对14层消能减震钢框架结构上的阻尼器布置位置进行优化分析。结果表明:该算法既实现多目标优化,又提高优化速度; 对比常规隔层布置方法,该算法可使结构的层间位移角减震系数和加速度减震系数分别至少提高16.82%和16.01%。

基于小型超高性能混凝土壳的装配式柱脚连接抗震性能试验研究

汤磊,管东芝,郭正兴 — 2023年02月15 00:00

常规装配式混凝土柱脚连接常采用灌浆套筒作为连接方式,为克服地震作用损伤集中于连接区而不利于抗震和修复的问题,提出了一种基于小型超高性能混凝土(UHPC)壳的装配式柱脚连接。采用UHPC预制成环形壳状,设置于预制混凝土柱脚区域,控制该柱脚连接在地震作用下损伤出现的部位。进行了3个足尺试件的试验,对比分析了滞回和骨架曲线、强度和刚度退化以及耗能能力,研究了预制UHPC壳尺寸对抗震性能的影响,提出了骨架曲线简化计算模型。结果表明:该连接形式在地震作用下的混凝土破坏区域转移至UHPC壳上边缘; 抗震性能总体良好; 较厚较短的UHPC壳更加有利于提高基于小型UHPC壳的装配式混凝土柱脚连接的抗震性能; 提出的简化计算模型在一定程度上反映了该连接的内在机理,可用于该连接形式的分析和设计。

城市供水管网抗震能力评价研究

2023年02月15 00:00

供水管网是城市重要的基础设施,为了高效合理地评估现有供水管网的抗震能力,本文从结构安全性角度出发,构建了供水管网综合抗震能力评价指标体系和供水管网综合抗震能力评价模型。综合分析管道各项指标,运用主成分分析法得到指标权重并建立供水管道抗震能力模型,基于图论理论构建了供水管网基础抗震能力评价模型。从物理、社会和时间效应三个维度出发,将管网基础抗震能力通过环境评价修正系数进行修正,构建了精细化的供水管网综合抗震能力评价模型,以此表征管网的易损性,为地震灾害风险评估工作提供支持。通过对深圳市供水管网进行抗震能力评价,将结果与传统震害预测结果对比,说明了评价模型的合理性。

数据中心典型开关电源柜抗震性能拟静力试验研究

2023年02月15 00:00

开关电源柜是数据中心(IDC)的重要设备,其在地震作用下的功能和性能表现对数据中心震后功能正常工作有重要影响。本文对一种典型开关电源柜进行了拟静力试验,研究其在水平地震荷载作用下的损伤特征,获得相关力学性能参数,为准确建立开关电源柜有限元分析模型提供依据。试验所用的开关电源柜包括交流柜、整流柜和直流柜三个柜体,试验中对三个柜体分别沿其抗震弱方向进行低周往复加载,逐级增大柜顶位移直至柜体发生严重破坏或丧失使用功能,观察柜体损伤发展过程及特征损伤现象,研究破坏机理,获得承载力-变形滞回曲线。由试验结果分析可知:在加载初期,柜门在柜体内起到了“斜撑”作用,是柜体抗侧力的主要贡献; 当柜门的“斜撑”作用失效后,柜体钢框梁柱节点焊缝开裂并逐步延展和柱脚压曲,继而抗侧力框架发生严重破坏,承载力丧失。

斜向荷载作用下锈蚀RC矩形墩抗震性能拟静力试验及易损性分析

2023年02月15 00:00

为探究锈蚀钢筋混凝土(RC)桥墩在非正交水平荷载下的抗震性能,设计制作了4个不同加载角度构件进行拟静力实验,并利用OpenSees软件构建非线性有限元纤维模型,分析不同地震动入射角对其地震易损性的影响。结果发现:拟静力实验中,加载角度偏近弱轴,最大侧向力和屈服强度降低,达到最大侧向力的位移和屈服位移减小,极限强度降低,刚度和耗能能力下降,抗震性能减弱,但对位移延性系数影响较小; 易损性分析发现:RC桥墩不同破坏状态对应的失效概率随PGA增大而增大。在PGA不变时,相同破坏状态下的失效概率随地震动入射角度由强轴趋向弱轴而增大。所做工作能为锈蚀RC桥墩的地震风险评估提供试验基础。

高速铁路桩板结构对瑞利波的被动隔震试验研究

2023年02月15 00:00

为研究高速铁路桩板结构被动隔震效果,以减震率作为隔震性能评价指标。通过模型试验分析不同几何参数的桩板结构隔震性能,并绘制减震率等值线图以描述其隔震区域。基于试验得到以下结论:桩板结构可以有效阻隔瑞利波,增加桩长、桩径和承载板厚度,并减小埋深与桩间距,可以提高隔震性能并增大有效隔震面积。减震率增长幅度随桩长、桩径和承载板厚度增大而减小,故桩径和桩间距参数宜控制在0.33至0.67之间,桩长参数宜控制在0.40至0.80之间,且应尽可能减小埋深。当砼使用方量相同时,隔震效果从强到弱依次为:桩长、承载板厚度和桩径。

旋转地震合成及其在大跨度悬索桥中的应用

2023年02月15 00:00

为探究旋转地震动在大跨度悬索桥中的应用,首先,从线弹性理论和功率谱角度基于随机振动理论提出了6维地震动加速度功率谱模型; 其次,基于MATLAB编制旋转地震动人工地震合成程序,从反应谱角度对合成地震动进行了正确性验证和拟合精度迭代调整; 最后,分析了旋转地震动与地震动入射角对桥梁结构地震响应的影响。研究表明:人工合成的地震动平动分量反应谱与实测地震动的平动分量反应谱吻合度较高; 六维地震动的主梁跨中竖向位移越是三维平动地震动的3倍,而主缆轴力峰值接近2.25E+05kN,约是三维平动地震动的1.3倍; 旋转地震动和地震动入射角将会加大桥梁结构的位移响应和内力响应,且会减小塔底截面和桩最不利截面的安全性。

云南地震预警信息发布效能分析—以漾濞6.4级、双柏5.1级和盈江5.0级地震为例

赵至柔,吴艳梅,壮延,贾召亮,李敏 — 2023年02月15 00:00

地震预警信息发布是预警“一张网”的重要组成部分, 解决了预警系统“最后一公里”的问题。在2021年5月21日漾濞6.4级地震、6月10日双柏5.1级地震和6月12日盈江5.0级地震中,云南地震预警信息发布系统对产出的预警信息进行了有效发布,地震预警终端有效响应。本文借助这三次地震对云南地震预警发布系统运行质量、预警终端响应结果以及预警响应效果进行详细分析。结果表明:云南地震预警信息发布系统满足时效性要求并具有良好的稳定性,预警终端接收到的预测烈度与实际结果基本一致,已经具备一定的地震预警信息发布能力。

MEMS地震烈度仪在结构地震反应观测中的应用

2023年02月15 00:00

工程结构地震反应观测台阵获取常时和震时结构反应记录,是工程结构健康诊断和震害评估的重要技术手段之一。2019年,云南大理建设了一个由8个地震烈度仪测点组成的结构地震反应观测台阵,每台烈度仪内置一个3分向微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)加速度计。通过标准振动台检测,确定台阵配备的烈度仪的幅频响应特性曲线和线性度误差符合相关行业标准的要求。该台阵于2021年5月获得了大理漾濞地震序列的多次结构地震反应记录,本文选取其中3次M_S3.0～M_S3.2级地震,分析了观测记录的加速度时程、傅里叶幅值谱和信噪比等数据,由结果可知:该台阵可较好地记录幅值≥0.5 cm/s²、频带1.0～39.0Hz的振动信号,对于近场小震具有一定的监测能力。

基于谱烈度改进算法的研究与应用

2023年02月15 00:00

本文基于Housner谱烈度公式中存在的不足和问题提出了一种改进算法,首先将相对速度反应谱积分公式上下限范围扩大为0.1～10.1 s, 通过统计分析集集地震、汶川地震和芦山地震反应谱积分值和宏观烈度之间的关系,给出8组分档线性公式来计算改进谱烈度值I_s,并采用普通克里金插值法绘制谱烈度分布图。本文提出的改进算法在地震动加速度时程积分与谱烈度之间建立起一组长周期、连续性和精细化的函数关系,经鲁甸地震对比验证,该改进算法得出的谱烈度分布图与宏观烈度图整体变化趋势一致,谱烈度值与宏观烈度吻合率(偏差±1度以内)约为90%,具有一定的科学性和准确性,可为灾后应急救援以及决策部署等提供科学的数据支撑。

海底强震观测记录与地震动特性研究进展

2023年02月15 00:00

随着海洋结构物的建设快速发展,为了解海底地震动相关特性,目前在建与已建成的海底强震台网逐年增加,得到的强震数据为海底地震动特性研究提供了重要资料。本文首先,统计了世界范围内现有海底强震台网的分布,并对强震台站信息及记录特点简要总结; 其次,综述了基于海底强震记录以及数值计算等方法分析海底地震动特性的研究成果; 并且,阐述了海底地震动在海洋工程中应用的研究现状; 最后,基于现有研究成果,对海底地震动特性研究的前景进行讨论和展望。

基于广义极值分布的巴颜喀拉块体中部地震危险性分析

赵宜宾,王福昌,任晴晴,张艳芳,钱小仕 — 2023年02月15 00:00

本文对广义极值分布模型的构建机理进行了深入详细的阐述, 给出了逻辑意义更加合理的的重现期和重现水平定义,以及相关的地震危险性评价指标。在此基础上,应用构建模型对巴颜喀拉块体中部的地震危险性做了客观的评价,得出巴颜喀拉块体中部每年的平均最大发震为M_s5.1, 每20年发生M_s6.0以上强震可能性超过97%, M_s7.5左右的超强震约100年一遇,块体内部孕育地震的能量积累迅速。